이효진 한국과학기술연구원(KIST) 박사팀이 암세포 사멸을 직접 유도하는 유전자를 합성하고, 이를 망간이산화물로 코팅하여암 조직에 암 세포사멸 유전자를 효과적으로 전달하는 하이브리드 플랫폼을 개발했다고 28일 밝혔다. 

기존 유전자 치료의 한계였던 유전자치료제의 면역계에 의한 제거나  간내 축적 문제를 극복하고, 강력하고 지속적인 면역반응까지 유도해 차세대 암 면역치료 기술로 주목된다. 더욱이 이 플랫폼은 암세포를 강력하게 제거하고, 동시에 면역세포의 공격 능력까지 끌어올리는 이중 효과를 입증했다.

기존의 화학적 항암 약물치료법은 약물 내성으로 인해 장기적인 치료 효과를 얻지 못하는 어려움이 존재했다. 또 아데노연관바이러스(Adeno-Associated Virus, AAV) 같은 바이러스 벡터를 이용해 교정 유전자를 특정 세포로 운반해 주는 방법은 기회감염을 일으키거나 면역계에 의해 제거되거나, 치료와 관계없는 간에 축적되는 등의 한계점이 존재했다.

연구팀은 기존 치료의 한계를 극복하기 위해 바이러스 벡터가 손상되지 않도록 무기 나노소재를 코팅했다. 결합한 새로운 치료 플랫폼을 개발하여, 단순히 암세포를 죽이는 데 그치지 않고 환자 스스로의 면역세포가 암을 인식하고 공격하도록 만드는 차세대 복합 암 치료 전략을 제시했다.

이 플랫폼은 망간 성분을 포함한 나노소재(Manganese dioxide-polyethyleneimine, MnO₂-PEI)가 유전자 치료 물질을 외부로부터 보호하여 암 조직까지 안정적으로 전달되도록 돕고, 이후 암세포안에서 나노소재가 분해되며 생기는 다양한 성분들이 암세포를 더욱 강력하게 파괴되도록 유도한다. 

구체적으로 이 플랫폼은 AAV가 발현한 RIPK3(receptor-interacting kinase 3)에 의한 매개 세포사멸괴사(네크롭토시스, necroptosis)를 유도한다. 또 Mn²⁺로 GPX4 유전자(glutathione peroxidase 4, 지질과산회에 의해 유발되는 페롭토시스를 예방하는 중요한 효소) 활성이 감소해 지질과산화가 유도된 상태에서 조성된 활성산소종(ROS)이 페롭토시스(ferroptosis, 철분의존성 지질과산화에 유도되는 세포사멸)를 증폭시킨다. 

이에 그치지 않고 강력한 손상 관련 분자 패턴(damage-associated molecular pattern, DAMP)과 종양 항원 방출을 유도하여 수지상세포 성숙 및 세포독성 T세포의 침윤(집중)을 촉진한다. 이는 M1 대식세포 분극화 및 Th1형 면역반응을 촉진해 면역억제성 종양 미세환경을 재구성하게 된다.

즉 새 플랫폼은 유전자 치료(RIPK3 활성화, GPX4 억제)와 면역치료(미세종양환경 재구성)의 이중 메커니즘으로 작용한다. 

종양 재유도 동물모델에서 AAV/MnO²-PEI로 처리된 마우스는 지속적인 항종양 면역을 나타내어, 이 플랫폼이 장기적인 면역기억(T세포 활성화에 의한 기억T세포 증가)을 구축할 수 있는 잠재력을 보여줬다. 이 하이브리드 전달 시스템은 시너지 효과를 내는 암 면역치료를 위한 강력한 전략을 제공하며, 바이러스벡터 및 비바이러스성 벡터의 한계를 효과적으로 극복해줄 것으로 기대된다. 

결과적으로, 이 연구를 통해 종양이 효과적으로 줄어들었을 뿐만 아니라, 재발을 막는 장기 면역기억도 형성돼 암이 생기려 해도 면역세포가 스스로 방어할 수 있는 시스템이 갖춰짐을 동물실험을 통해 확인하는 데 성공했다. 이효진 한국과학기술연구원(KIST) 박사이효진 박사는 “이번 연구는 기존 유전자 치료제의 한계를 극복하는 동시에, 암세포 사멸과 면역 활성화를 결합한 다기능 하이브리드 치료 전략을 제시한다는 점에서 의미가 있다”며 “이 플랫폼은 암 치료용 유전자뿐 아니라 유전자 편집 소재와 같은 다양한 기능성 화합물을 동시에 운반할 수 있는 다기능 전달체로의 확장 가능성을 지니고 있어, 후속연구를 통해 임상 적용 가능성을 심층적으로 검증해 나갈 계획이다”라고 밝혔다. 

이번 연구는 보건복지부 연구중심병원육성 한미혁신성과창출 R&D사업과 과학기술정보통신부의 나노 및 소재기술개발사업 소재글로벌영커넥트사업의 지원으로 수행됐다. 국제 학술지 ‘Advanced Science’(IF=14.1)에 2025년 8월 온라인에 게재되고 표지 논문(front cover)으로 선정됐다.